Пластификация полимеров

Под пластификацией понимается один из способов модификации полимеров, связанной с введением в них низкомолекулярных веществ, в результате чего снижаются температуры стеклования и текучести полимера, улучшаются его эластические и пластичные свойства. Пластификаторы могут вводиться в мономерную смесь перед синтезом полимера или в готовый полимер, находя­щийся в дисперсном состоянии, растворе или расплаве.

Физико-химические процессы приготовления полимерно-битумного вяжущего

Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) относится к классу эластомеров и отличается от битумов высокой эластичностью (>70%), которая сохраняется и при низких температурах. ПБВ отличается от битумов также более низкой температурой хрупкости и более высокой темпера­турой размягчения.

Для приготовления ПБВ используют следующие материалы:

- битум нефтяной дорожный марок БНД 40/60, БНД 60/90 и БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90;

- дивинил стирольный термоэластопласт (ДСТ) марки ДСТ-ЗОР-01 по ТУ 38.40327-90 или марок ДСТ-30-O1 по ТУ 38.103267-80. Допускается использование зарубежных полимер-блоксополимеров бутадие­на и стирола типа СБC (в виде крошки или порошка);

- индустриальное масло И-40A по ГОСТ 20799-88, допускается использование масла марок И-20А, И-30А (пластификаторы).

В зависимости от качества конкретного битума ПБВ может содержать от 3 до 5% ДСТ или другого блоксополимера бутадиена и стирола типа СБС, от 3 до 20% индустриального масла.

Технология приготовления пбв

Битум в хранилище разогревается до вязко-текучего состояния (80°С). После разогрева битум перекачивается в котел для приготовления ПБВ (рис. 4).

Рис. 4 Схема обвязки котла для приготовления ПБВ:

1 - котел; 2 - насосы; 3 - загрузочный люк; 4 - перемешивающее устройство

Снабженный перемешивающим устройством якорного типа с числом обо­ротов 60 в минуту (в загрузочном люке) и двумя замкнутыми конту­рами принудительной циркуляции расплава смеси с помощью шестерен­чатых насосов (типа ДС-125). После загрузки осуществляется обез­воживание и нагрев битума до рабочей температуры 150-160°С. В качестве теплоносителя используются топочные газы от сжигания топлива.

В обезвоженный битум при температуре 150-160С^о вводят пластификатор – индустриальное масло.

В пластифицированный битум вводят при постоянном перемешивании необходимое количество термоэластопласта ДСТ-30Р-01 или его аналогов.

Полученную реакционную массу перемешивают до полного растворения термоэластопласта и получения однородного ПБВ в течение 3-4 часов.

По окончании процесса приготовления готовое ПБВ с помощью шестеренных насосов перекачивают на отгрузку.

Готовить ПБЗ можно и по раздельной технологии: вначале раствор полимера (брикеты), а затем ПБВ.

В качестве полимерной добавки, создающей пространственную эластичную структурную сетку в битуме, выбраны полимеры класса термоэластопластов (СБС), т.к. они сочетают в себе необходимые преимущества:

• позволяют получить пространственную эластичную структурную сетку в битуме при минимальном по сравнению с полимерами других классов содержании, т.к. характеризуются способностью к специфическим взаимодействиям. Дело в том, что блоки полистирола трехблочных макромолекул типа СБС расположены по краям и образуют очень прочные связи между разными макромолекулами при температу­ре ниже 80°С. При этом образующиеся связи настолько прочны, что полимер характеризуется высокой прочностью на растяжение (более 20 МПа), т.е. приближается по этому показателю к чистому поли­меру. Поэтому пространственная сетка, образующаяся в битуме, тоже обладает достаточно высокой прочностью, а следовательно, придает ПБВ высокую теплостойкость.

• очень хорошо совмещаются с битумом, т.к. характеризуются оптимальными свойствами для поставленной цели – полистирол и поли­бутадиен хорошо растворяются в углеводородах дисперсионной среды битума и при температурах выше 100°С представляют собой линейный полимер.

• сочетают в себе высокую прочность, присущую пластмассам и одновременно высокую эластичность, очень низкую температуру стек­лования (до минус 80°С), свойственную эластомерам. Характеризуют­ся развитой трехмерной пространственной структурой до температу­ры 80-90°С без вулканизаторов и отвердителей лишь за счет физических связей между макромолекулами (по блокам полистирола).

При введении термоэластопластов в битум без пластификаторов для получения ПБВ с оптимальными свойствами требуется как минимум (5-6%) полимера по массе. При этом вязкость получаемого вяжущего существенно выше вязкости битумов, что может привести к технологи­ческим затруднениям при приготовлении асфальтобетонных смесей на АБЗ. Повышать же температуру приготовления более 160°С, не следует.

Кроме того, для получения однородного ПБВ в этом случае необходимо применение дорогостоящих коллоидных мельниц.

Введение пластификатора позволяет обеспечивать требуемый температурный режим (не выше 160°С) и существенно повысить эффектив­ность вводимого полимера, т.е. получить ПБВ с развитой простран­ственной сеткой при минимальном содержании полимера 2-2,5%, а также исключить из необходимого комплекта оборудования коллоидную мельницу.

В перспективе доля таких материалов, используемых для строительства, увеличится в общем их выпуске с 11 до 25-305, что обеспечит существенный экономический эффект.